不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能

1、不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能不同樹(shù)種的木材物理力學(xué)性能包括：彈性、塑性、蠕變、 抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、 抗剪強(qiáng)度、沖擊韌性、 抗劈力、抗扭強(qiáng)度、硬度和耐磨性等。樹(shù)木是木材的原體，是由它本身生命生存與繁衍的整個(gè) 生長(zhǎng)過(guò)程，積累了成為不同木材的物質(zhì)，直到生命自然終結(jié)， 或被認(rèn)為終結(jié)生命，而成為被利用的材料。樹(shù)木是木質(zhì)多年 生植物，通常把它分為喬木和灌木兩種。喬木是13米以上， 只有一個(gè)直立主干的樹(shù)木；灌木是直立的、具有叢生莖的樹(shù) 木。我國(guó)現(xiàn)有木本植物約7000多種，屬喬木者約占1/3以 上，但是作為工業(yè)用材而供應(yīng)市場(chǎng)的只不過(guò)1000種，常見(jiàn) 的約300種。樹(shù)木是人類繁衍延續(xù)到今天的必要條件。

2、它靠空氣、水 和陽(yáng)光存活，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)，形成樹(shù)木肢體的物理變 化，為人類營(yíng)造出了天然的樂(lè)園。“碳”是形成木材物理力基礎(chǔ)。樹(shù)木在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程 中，形成了高度發(fā)達(dá)的營(yíng)養(yǎng)體。水分及營(yíng)養(yǎng)液等流體的輸運(yùn) 現(xiàn)象始終伴隨著樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的生理過(guò)程。樹(shù)木由樹(shù)梢沿主 軸向上生長(zhǎng)（高生長(zhǎng)），也在土壤深處向下生長(zhǎng)（根生長(zhǎng)）， 中間的樹(shù)干部分沿著徑向生長(zhǎng)。前一年形成的樹(shù)干部分到了 次年不會(huì)再進(jìn)行高生長(zhǎng)。樹(shù)木從天上接受陽(yáng)光的沐浴，到地下去尋覓水分，把 原料從樹(shù)根輸送到葉片。由葉子制造養(yǎng)分，將養(yǎng)分向下輸送， 供給樹(shù)木生長(zhǎng)需要。這樣，樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中，形成了非常協(xié) 調(diào)完備的水分及養(yǎng)分的輸送系統(tǒng)。一株紅杉（美）樹(shù)高達(dá)112

3、米，一株杏仁桉（奧）樹(shù) 竟高達(dá)156米，一株銀杏（中）樹(shù)齡達(dá)3000年，一株世界 爺（美）樹(shù)齡竟達(dá)7800年。那么對(duì)于如此高大、如此年久 的樹(shù)木，體內(nèi)各種物質(zhì)（水、礦物質(zhì)、可溶性碳水化合物和 激素等等）是它的最外層是樹(shù)皮（外皮），樹(shù)皮里邊一層是 韌皮部（也叫內(nèi)皮），經(jīng)它將營(yíng)養(yǎng)液由葉部輸送到樹(shù)木的其 他部分（包括根在內(nèi)）。再向內(nèi)一層是形成層，它的細(xì)胞不 斷分裂，使樹(shù)木沿徑向生長(zhǎng)而不斷加粗。再往里是邊材和心 材，即木質(zhì)部，木質(zhì)部中被叫做導(dǎo)管的細(xì)胞組織，它將樹(shù)液 輸送到莖和葉部。這個(gè)過(guò)程，就是水分將土壤中的碳分子和 空氣中的碳分子，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成積累。壓力流動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)證明，樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)液的流動(dòng)動(dòng)力是流

4、體 靜壓力。即凈生產(chǎn)細(xì)胞（如一片成熟葉）由于光合作用制造 大量糖而保持較高的溶質(zhì)濃度，水便通過(guò)滲透作用不斷進(jìn)入 凈生產(chǎn)細(xì)胞，使胞內(nèi)的流體靜壓力增加，迫使?fàn)I養(yǎng)液經(jīng)過(guò)胞 間連絲進(jìn)入韌皮部。而凈消費(fèi)細(xì)胞（可以是一個(gè)根細(xì)胞、一 個(gè)有代謝作用的細(xì)胞，或一個(gè)果實(shí)細(xì)胞）由于呼吸、生長(zhǎng)和 儲(chǔ)藏保持著較低的溶質(zhì)濃度，胞內(nèi)流體靜壓力較低。這樣， 營(yíng)養(yǎng)液便沿壓力梯度向下運(yùn)輸?shù)礁?。韌度部轉(zhuǎn)移營(yíng)養(yǎng)液的 最高速度在闊葉樹(shù)中是0.4-0. 7米/小時(shí)，在針葉樹(shù)中是 0. 180. 2米/小時(shí)。對(duì)于一株30米高的松樹(shù)和楊樹(shù)，營(yíng) 養(yǎng)液由樹(shù)冠輸送到樹(shù)根的最短時(shí)間分別為7天和1. 8天， 而對(duì)于112米的紅杉來(lái)說(shuō)約需20多天的時(shí)

5、間。樹(shù)木所需的水分幾乎全部由根系（吸水器官）吸取，并 沿木質(zhì)部（從根部到葉部）向上長(zhǎng)距離移動(dòng)。那么，水分是 靠什么動(dòng)力來(lái)提升的呢？研究結(jié)果表明，動(dòng)力有兩種：一種 是根壓，另一種是蒸騰拉力。這兩種力，在積累過(guò)程中，轉(zhuǎn) 化成木材的力。木材力學(xué)是涉及木材在外力作用下的機(jī)械性質(zhì)或力學(xué)性 質(zhì)的科學(xué)，它是木材學(xué)的一個(gè)重要組成部分。木材力學(xué)性質(zhì) 是度量木材抵抗外力的能力，研究木材應(yīng)力與變形有關(guān)的性 質(zhì)及影響因素。木材作為一種非均質(zhì)的、各向異性的天然高分子材料，許 多性質(zhì)都有別于其它材料，而其力學(xué)性質(zhì)和更是與其它均質(zhì) 材料有著明顯的差異。例如，木材所有力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)因 其含水率（纖維飽和點(diǎn)以下）的變化而產(chǎn)生

6、很大程度的改變; 木材會(huì)表現(xiàn)出介于彈性體和非彈性體之間的黏彈性，會(huì)發(fā)生 蠕變現(xiàn)象，并且其力學(xué)性質(zhì)還會(huì)受荷載時(shí)間和環(huán)境條件的影 響。木材力學(xué)性質(zhì)包括應(yīng)力與應(yīng)變、彈性、黏彈性（塑性、蠕 變）、強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、 扭曲強(qiáng)度、沖擊韌性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。.木材受到外壓力時(shí),能抵抗外力壓縮變形破壞的能力， 稱為抗壓強(qiáng)度.當(dāng)外部的壓力與木材纖維方向平行時(shí)的抗壓 強(qiáng)度被稱為順紋抗壓強(qiáng)度.木材順紋抗壓強(qiáng)度是指木材沿紋 理方向承受壓力荷載的最大能力，主要用于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)材和建 筑材的榫接合類似用途的容許工作應(yīng)力計(jì)算和柱材的選擇 等，如木結(jié)構(gòu)支柱、礦柱和家具中的腿構(gòu)件所承受的

7、壓力。.木材的順紋抗拉強(qiáng)度，是指木材沿紋理方向承受拉力 荷載的最大能力。木材的順紋抗拉強(qiáng)度較大，各種木材平均 約為117.7-147.1MPa，為順紋抗壓強(qiáng)度的2-3倍。木材在使 用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。木材順紋拉伸破壞主要是縱 向撕裂粗微纖絲和微纖絲間的剪切。微纖絲縱向的C-C、C-O 鍵結(jié)合非常牢固，所以順拉破壞時(shí)的變形很小，通常應(yīng)變值 小于1%3%,而強(qiáng)度值卻很高。.木材密度是決定木材強(qiáng)度和剛度的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷 木材強(qiáng)度的最佳指標(biāo)。密度增大，木材強(qiáng)度和剛性增高；密 度增大，木材的彈性模量呈線性增高；密度增大，木材韌性 也成比例地增長(zhǎng)。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹(shù) 脂、樹(shù)膠等

8、，密度大的木材，其強(qiáng)度高，木材強(qiáng)度與木材密 度二者存在著下列指數(shù)關(guān)系方程：。=KPn,式中：。一一木 材強(qiáng)度；P木材密度；K和n常數(shù)，隨強(qiáng)度的性質(zhì)而不同。.木材抗彎強(qiáng)度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大 能力，可以用曲率半徑的大小來(lái)度量。它與樹(shù)種、樹(shù)齡、部 位、含水率和溫度等有關(guān)。木材抗彎強(qiáng)度亦稱靜曲強(qiáng)度，或 彎曲強(qiáng)度，是重要的木材力學(xué)性質(zhì)之一，主要用于家具中各 種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構(gòu)件 的設(shè)計(jì)。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和 順紋抗壓強(qiáng)度之間的差異。因?yàn)槟静某惺莒o力抗彎荷載時(shí)， 常常因?yàn)閴嚎s而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對(duì)于抗 彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，控制著

9、木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極 限時(shí)的應(yīng)力，而不是順紋抗拉比例極限時(shí)應(yīng)力。.木材抵抗剪切應(yīng)力的最大能力，稱為抗剪強(qiáng)度。木材 抗剪強(qiáng)度視外力作用于木材紋理的方向，分為順紋抗剪強(qiáng)度 和橫紋抗剪強(qiáng)度。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕 見(jiàn)，而且橫紋剪切總是要橫向壓壞纖維產(chǎn)生拉伸作用而并非 單純的橫紋剪切，因此通常不作為材性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。木材 的橫紋抗剪強(qiáng)度為順紋抗剪強(qiáng)度的3-4倍。木材的順紋抗 剪強(qiáng)度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強(qiáng)度和徑面抗剪 強(qiáng)度,如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常出現(xiàn)于 早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但 略有起伏，面上帶有細(xì)絲狀木毛。剪切而垂

10、直于年輪的徑面， 剪切破壞時(shí)，其表面較為粗糙，不均勻而無(wú)明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。常用木材物理力學(xué)性能物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表1物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)基本 密度 / （g/ cm3）氣 干 密 度/(g /cm 3)干縮度 （生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗 彎 彈 性 模 量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑向弦向材 全 干材 氣 干材 全 干材 氣 干I0.30.353.02.05.03.02.954.07.46.56.03.59.56.073.0三142.0三16.3三 15.1100 00表2國(guó)內(nèi)常用樹(shù)種物理力學(xué)性

11、能樹(shù)種試驗(yàn) 時(shí)含 水率 /%氣干密 度/(g/cm3 )干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向福建 柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松 冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南 油松15.0II,IIIIIIII,I VII,IIIII,IIIIIIIIII落葉 松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川 紅杉15.0IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,I

12、IIIIIII,III,III,IIII濕地 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廣東 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾 松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南 松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII1陸均 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIII

13、III消極 和15.0IIIIIIIIII械木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV, V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南 榿木15.0IIIIIIIIIII光皮 樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,I V樹(shù)種試驗(yàn) 時(shí)含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,I

14、IIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV, V水青 岡15.0IVIIIIIIIVIII麻棟15.0IVIII,IVIII,IVIII-VIV白棟15.0IVIIIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV楓香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核 桃15.0III,IVIIIIII,IVIII-IVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII楓楊15.0IIIIIIII香樟15.0II， IIIIIIIIIII鐵刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黃檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐樹(shù)15.0III,

15、IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,I V鵝掌 楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲 柳15.0IIIIIIIIIIII,IVIII小葉 楊15.0III,III,III,IIII山楊15.0III,III,IIIIII,II擬赤 楊15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV樹(shù)種試驗(yàn) 時(shí)含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑

16、向弦 向紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII樟樹(shù)15.0IVIIIIVIIIIV2印尼 漆15.0IIII(II)IIIIIIII人面 子15.0IIIIIIIIII,IIIIIIIII,IVII,III芒果15.0IIII,IIIII,IIIIII,IVIII,IVIV竹桃15.0IIIIIIIIII榴蓮15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIII-IVIII異翅 香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂 香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV雙翅

17、 龍腦 香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,I V龍腦 香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂 坡壘15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V漸尖 葉坡 壘15.0III,IVIII,IVIII,IVIII-VIV深紅 婆羅 雙15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII淺紅 婆羅 雙15.0IIIIIIIIIIIIII,IIII黃婆 羅雙15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆 羅雙15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII2樹(shù)種試驗(yàn) 時(shí)含 水率 /%

18、氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向平滑 婆羅 雙15.0VIIIIVVVVV吉索 婆羅 雙15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石棟15.0IVIIIIIIIVVIV海棠 木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV鐵力 木15.0VVVVVV坤甸 鐵木15.0VIVIV,VVIII,VIV濕地 木姜 子15.0IVIVIVIVIVIVI,III鐵刀 木15.0III,IVIIIIII,IVIIIIV里

19、黃 八、檀15.0IV,VIVIV,VIIIV寬葉 黃檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黃 檀15.0VVV格木15.0IV,VVIV,V伯利 印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV大甘 巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV馬來(lái) 甘巴 豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度 紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII3大花 米仔15.0IIIIVIVIIIII,IIIIVII蘭樹(shù)種試驗(yàn) 時(shí)含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強(qiáng)度 /MPa抗彎 強(qiáng)度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強(qiáng)度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向肉豆 蔻15.0II,IIIIIIIIIIIIIIIIIII羽葉 番龍 眼15.0IIIIVIIIIIIIVIV于京 木15.0VIIIIVVVVV硬椴15.0III,IVIIIIIIII,IVIII,IVIII-VIII-VIII, V15.0II,IIIII,IIIIIIIIIIII柚木15.0II,IIIIIIIII,IIIIIIIIIIIIIII南美 蟻木15.0VVIVVVV輕木15.0IIIIIIII巴西 黑檀15.0IVIVIVIII奧克 欖15.0IIIIIIIIIVII烏木15.0VVVVIVV